Ekologie environmentální DNA a její dopady na konzervační genetiku

Verze PDF
Environmentální DNA (eDNA) označuje genetický materiál, který lze extrahovat například ze vzorků půdy, vody, dokonce i ze vzduchu (Taberlet et al., 2012). Environmentální DNA umožňuje detekovat druhy a provádět genetické analýzy v rámci jejich ochrany, managementu a výzkumu, a to zejména v případech, kdy je sběr celých organismů nepraktický nebo nemožný. Počet studií demonstrující úspěšnost detekce druhů pomocí environmentální DNA se v posledních letech rapidně zvýšil (Blanchet 2012; Díaz-Ferguson and Moyer 2014; Rees et al. 2014b; Bohmann et al. 2014), méně studií se však zabývalo takzvanou ekologií environmentální DNA, která zkoumá interakce mezi extraorganismálním genetickým materiálem a jeho životním prostředím – a jeho vliv na detekci environmentální DNA, její kvantifikaci, analýzu a využití v ochraně a výzkumu. 
V této práci je nastíněn rámec pro pochopení ekologie environmentální DNA, včetně původu, stavu, transportu a osudu extraorganismálního genetického materiálu. Za pomoci tohoto rámce jsou zde zkoumány a propojovány zjištění o environmentální DNA z různých prostředí, studijních oborů a o různých taxonech. Kromě toho jsou zde indentifikovány hranice konzervačně zaměřených využití environmentální DNA, v rámci kterých je spatřován největší potenciál růstu. 1. Jaký je původ extraorganismálního genetického materiálu, jaké jsou fyziologické zdroje produkce environmentální DNA? Mikrobiální výzkum zkoumající výskyt environmentální DNA v prostředí odhalil její přítomnost jak v intracelulární, tak i extracelulární podobě (Ogram et al. 1987). Environmentální DNA se vyskytuje v odloučených tkáních a celých buňkách organismů, ve výkalech široké škály taxonů vyskytujících se ve vodním a terestrickém prostředí (Andersen et al., 2012; Thomsen et al. 2012a), ve slizovitých povlacích, které mají na svém těle například obojživelníci a ryby (Ficetola et al. 2008; Jerde et al. 2011), můžeme ji nalézt i v mršinách či výkalech predátorů (Merkes et al., 2014). 2. Jaký je stav extraorganismálního genetického materiálu, v jakých fyzických formách environmentální DNA existuje? Jak bylo zmíněno výše, environmentální DNA se vyskytuje jak v intracelulární, tak i extracelulární formě. Environmentální DNA v průběhu času pravděpodobně přechází z intracelulární do extracelulární formy a existuje řada dokladů o různých ekologických procesech, které vedou k této přeměně (Levy-Booth et al., 2007). 3. Jakým způsobem dochází k transportu extraorganismálního genetického materiálu, jak dochází k transportu environmentální DNA prostředím? Transport environmentální DNA se dělí na transport horizontální a transport vertikální. Příkladem může být 12,3 km dlouhý horizontální transport (po proudu řeky) environmentální DNA dvou druhů bezobratlých živočichů (Deiner and Altermatt 2014), příkladem vertikálního transportu (usazování) například environmentální DNA ryb a její akumulace v rybničních a říčních sedimentech (Turner et al., 2015). 4. Jaký je osud extraorganismálního genetického materiálu, jaké faktory ovlivňují přetrvávání environmentální DNA? Obecně lze říci, že faktory ovlivňující přetrvávání environmentální DNA lze rozdělit do 3 kategorií: chrakteristika DNA (konformace, délka, asociace s buněčnými a organelovými membránami), abiotické prostředí (světlo, kyslík, pH, salinita, početnost a složení substrátů) a biotické prostředí (složení a činnost mikrobiálních společenstev a etracelulárních enzymů) (Levy-Booth et al., 2007; Nielsen et al., 2007). 
Využitelné výstupy: 

Budoucí ochranářské uplatnění environmentální DNA pro budoucí výzkumy může být například v možnosti mapování celého společenstva najednou, a to v rámci jednoho vzorkování, což činí celý výzkum mnohem efektivnějším a ekonomičtějším. Dále lze environmentální DNA využívat pro odhad početnosti organismů, hlavně v případě ohrožených a těžko pozorovatelných druhů. S postupným technologickým pokrokem je možné využítí i jiných biomolekul majících funkci indikátorů, a to například environmentální DNA nebo proteinů, zároveň technologie umožnují automatizaci sběru a analýzy vzorků.

Zdroj: 
Barnes, Matthew A., Turner, Cameron R. (2016) The ecology of environmental DNA and implications for conservation genetics. Conservation Genetic 17: 1 – 17 pp.
Zadal: 
alena_peltanova (překlad Adéla Boušková)
EEA Grants Investice do rozvoje vzdělávání
Podpořeno grantem z Islandu, Lichtenštejnska a Norska. Supported by grant from Iceland, Liechtenstein and Norway.